EP3789633A1 - Schaltstrategie für fahrantrieb mit summierungsgetriebe - Google Patents

Schaltstrategie für fahrantrieb mit summierungsgetriebe Download PDF

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EP3789633A1
EP3789633A1 EP20192567.4A EP20192567A EP3789633A1 EP 3789633 A1 EP3789633 A1 EP 3789633A1 EP 20192567 A EP20192567 A EP 20192567A EP 3789633 A1 EP3789633 A1 EP 3789633A1
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EP
European Patent Office
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travel drive
mot2
efficiency
hydraulic
mot1
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EP20192567.4A
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David Fassbender
Yusheng Xiang
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F16H2061/0015—Transmission control for optimising fuel consumptions

Definitions

  • the invention relates to a travel drive with a summation gear, e.g. for a mobile machine according to the preamble of claim 1.
  • Travel drives with a hydraulic pump, two hydraulic motors and a summation gear (simply referred to as two-motor summation gear ZMSG) are used in particular in mobile machines for power transmission, e.g. between an internal combustion engine and wheels.
  • FIG. 1 the structure of a travel drive with an adjustable hydraulic pump is shown, which is hydraulically connected to two parallel-connected also adjustable hydraulic motors.
  • the hydraulic motors are both connected via a summation gear to the output shaft of the summation gear or the travel drive and drive them.
  • both hydraulic motors are active and therefore also subject to losses.
  • the first (so-called temporary) hydraulic motor can be separated from the summation gear and thus from the output shaft via a first clutch.
  • the drive is then in the second operating state or driving range. Only the second (so-called permanent) hydraulic motor is active and the first hydraulic motor no longer rotates after uncoupling and therefore no longer causes mechanical power loss.
  • Such travel drives are typically used on mobile machines such as medium-weight construction vehicles with little driving on public roads such as wheel loaders or tele-dealers in order to increase the maximum speed compared to the version with a simple hydrostatic transmission.
  • the first driving area is used.
  • a large displacement is available with both hydraulic motors, so that high forces can be achieved even with little pressure.
  • the second driving range is used. Then the lower available displacement ensures that the second or permanent hydraulic motor can still be operated with high and thus more efficient swivel angles without the hydraulic pump reaching the limits of the maximum volume flow that can be conveyed. In this way, the drive extends the speed range in which it can (effectively) be operated.
  • the object of the invention is, as part of a torque-based control of a travel drive with two hydraulic motors and a summation gear, the optimal Select the travel range so that you can then remain in it or switch to it.
  • the object is achieved by a travel drive with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
  • the claimed traction drive has a hydraulic pump from which a first hydraulic motor and a second hydraulic motor connected in parallel can be supplied.
  • the first hydraulic motor can be coupled to an output shaft of a summing gear via a first clutch, while the second hydraulic motor can be coupled or is permanently coupled to the output shaft.
  • a control unit is designed to control the torque of the output shaft.
  • the drive can be switched between a first and a second driving range or operating state via the control unit by means of the first clutch.
  • the traction drive can be switched between the first and the second driving range via the control device as a function of an efficiency of the traction drive determined or calculated by the control device.
  • the optimal driving range is understood to mean that driving range in which the power losses of the hydraulic pump and the two hydraulic motors are lowest, and thus the efficiency of the drive is highest.
  • the driving engine is an internal combustion engine, fuel will continue to be saved and emissions will be reduced.
  • the efficiency optimization of the travel drive according to the invention is further improved if the calculated efficiency depends on an input signal of an input connection of the control device to which an operating element, in particular an accelerator pedal of the mobile machine, can be or is connected.
  • a first exemplary embodiment of the travel drive according to the invention is a so-called 2 + 1 transmission, in which the second hydraulic motor is permanently coupled to the output shaft.
  • a second exemplary embodiment of the travel drive according to the invention is a so-called 3 + 2 transmission, in which the second hydraulic motor can also be coupled to the output shaft via a second clutch.
  • the first hydraulic motor can be coupled to the output shaft via a third clutch as an alternative to the first clutch. This results in at least a third driving range or operating state.
  • the drive can be switched between the at least three driving ranges via the control device as a function of the calculated efficiency.
  • the first driving range is preferably switched by engaging the first and the second clutch and the second driving range by opening the first clutch, and the third driving range is switched by also opening the second clutch while the third clutch is simultaneously engaged.
  • the respective efficiencies are preferably calculated permanently for all three driving ranges and the three clutches are switched via the control device in such a way that the optimal driving range is always switched, i.e. activated.
  • the travel drive has an adjustable hydraulic pump Pmp, which is driven by an internal combustion engine, e.g. a diesel engine.
  • the hydraulic pump Pmp supplies two hydraulic motors Mot1, Mot2 connected in parallel to one another.
  • the first hydraulic motor Mot1 is coupled to an output shaft 2 of the summation gear 1 via a first clutch C1 and via a summation gear 1.
  • the second hydraulic motor Mot2 is permanently coupled to the output shaft 2 of the summation gear 1 via the summation gear 1.
  • the output shaft 2 drives two wheels 4 of a mobile machine (not shown in detail).
  • the swivel angles ⁇ of the hydraulic pump Pmp and the two hydraulic motors Mot1, Mot2 are set via the control device 6 and the clutch C1 is actuated.
  • Figure 2 shows a circuit diagram for the drive from Figure 1 , whereby a speed-dependent change between the two driving ranges according to the prior art could be read from the shift diagram. More precisely, however, the shift diagram shows an efficiency-dependent change between the two driving ranges according to the invention, which in the first exemplary embodiment shown results at half the maximum speed of the mobile machine v.
  • Figure 2 further shows, by way of example, for the travel drive in which the hydraulic pump Pmp and the two hydraulic motors Mot1, Mot2 are designed to be variable, how their swivel angles ⁇ behave in the two different driving ranges Rng1, Rng2.
  • the swivel angles ⁇ are shown over the speed of the mobile machine v.
  • the technically problem-free area of application for both driving ranges Rng1, Rng2 is large.
  • the basis for the switching strategy according to the invention is the existence of mathematical descriptions for the volume flow and the torque losses at the hydraulic pump Pmp and the two hydraulic motors Mot1, Mot2 as a function of operating parameters.
  • Operating parameters are e.g. the three speeds n, the three pressure differences ⁇ p or the three displacement volumes V or the three swivel angles ⁇ .
  • the desire for low power loss results in an optimization problem with the driving range Rng1, Rng2 as a variable parameter.
  • the solution to the problem is the optimal driving range Rng1 or Rng2.
  • Figure 4 illustrates the determination of the calculation variables. With the help of the current operating conditions, the variables for the loss or efficiency calculation are determined and the occurring or potentially occurring losses are compared with the The aim is to output the lower-loss or efficiency-optimized driving range Rng1 or Rng2.
  • the invention can be used on all mobile machines which have installed such a travel drive with two hydraulic motors Mot1, Mot2 and a summation gear 1 and which control this via the control device 6 in a torque-based manner.
  • the only requirement for use is that a sufficiently precise mathematical description of the losses at the hydraulic pump Pmp used and the hydraulic motors Mot1, Mot2 used is known.
  • the principle of the invention can also be transferred to other types of transmissions with several discrete states.
  • the optimum driving range can thus also be determined according to the invention in the case of a 2 + 3 transmission.
  • Such a 2 + 3 transmission is shown as a second embodiment of the invention.
  • the first exemplary embodiment shown also has a clutch C2 for the second motor Mot2 and also a further clutch C3 for the first motor Mot1, which clutch can be engaged as an alternative to the first clutch C1.
  • the control unit is accordingly also electrically connected to the two additional clutches C2 and C3 in order to control them.
  • both hydraulic motors Mot1, Mot2 deliver their power to the output shaft 2.
  • both hydraulic motors Mot1, Mot2 are reduced in their respective absorption volumes V Mot1, V Mot2 in the first driving range Rng1.
  • the invention described here comprises a shift strategy for a travel drive with two hydraulic motors and a summation gear (ZMSG).
  • ZMSG summation gear
  • the strategy is used in connection with a torque-based control of the drive system.
  • the variables driving speed, accelerator pedal position and input speed of the hydraulic pump or of the internal combustion engine are preferably used at any point in time.

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Abstract

Die hier beschriebene Erfindung betrifft eine Schaltstrategie für einen Fahrantrieb mit zwei Hydromotoren und einem Summierungsgetriebe (ZMSG). Der Wechsel zwischen den zumindest zwei möglichen Fahrbereichen bzw. Betriebszuständen erfolgt bei dieser Strategie, sobald der andere Fahrbereich oder einer der anderen Fahrbereiche einen besseren Wirkungsgrad in der Leistungsübertragung als der aktuelle Fahrbereich verspricht. Die Strategie kommt im Zusammenhang mit einer momentenbasierten Steuerung des Fahrantriebs zum Einsatz.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fahrantrieb mit einem Summierungsgetriebe z.B. für eine mobile Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Fahrantriebe mit einer Hydropumpe, zwei Hydromotoren und einem Summierungsgetriebe (vereinfachend als Zwei-Motoren-Summierungsgetriebe ZMSG bezeichnet) kommen insbesondere in mobilen Maschinen zur Leistungsübertragung z.B. zwischen einem Verbrennungsmotor und Rädern zum Einsatz.
  • In Figur 1 ist der Aufbau eines Fahrantriebs mit einer verstellbaren Hydropumpe dargestellt, der hydraulisch verbunden mit zwei parallel geschalteten ebenfalls verstellbaren Hydromotoren ist. Die Hydromotoren sind beide über ein Summierungsgetriebe mit der Abtriebswelle des Summierungsgetriebes bzw. des Fahrantriebes verbunden und treiben diese an. In einem ersten Betriebszustand, bzw. Fahrbereich sind beide Hydromotoren aktiv und somit auch verlustbehaftet. Der erste (so genannte temporäre) Hydromotor kann über eine erste Kupplung vom Summierungsgetriebe und damit von der Abtriebswelle getrennt werden. Dann befindet sich der Fahrantrieb im zweiten Betriebszustand bzw. Fahrbereich. Dabei ist nur der zweite (so genannte permanente) Hydromotor aktiv und der erste Hydromotor dreht sich nach dem Abkuppeln nicht mehr, sorgt demnach auch nicht mehr für mechanische Verlustleistung.
  • Eingesetzt werden derartige Fahrantriebe typischerweise auf mobilen Maschinen wie z.B. auf Baufahrzeugen mittleren Gewichts mit geringem Fahranteil auf öffentlichen Straßen wie Radladern oder Telehändlern, um die Maximalgeschwindigkeit gegenüber der Ausführung mit einem einfachen hydrostatischen Getriebe zu erhöhen.
  • Bei niedrigen Geschwindigkeiten und hohen gewünschten Fahrkräften wird im ersten Fahrbereich gefahren. Dabei steht mit beiden Hydromotoren gemeinsam ein großes Schluckvolumen zur Verfügung, sodass auch mit wenig Druck hohe Kräfte realisierbar sind.
  • Bei hohen Geschwindigkeiten wird im zweiten Fahrbereich gefahren. Dann sorgt das niedrigere verfügbare Schluckvolumen dafür, dass der zweite bzw. permanente Hydromotor nach wie vor mit hohen und damit effizienteren Schwenkwinkeln betrieben werden kann, ohne dass die Hydropumpe an die Grenzen des maximal förderbaren Volumenstroms kommt. Auf diese Weise erweitert der Fahrantrieb den Geschwindigkeitsbereich, in dem er (effektiv) betrieben werden kann.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Fahrer selbst den Wechsel manuell über ein Bedienelement vornehmen zu lassen oder einen automatischen Wechsel vorzunehmen. Dabei dient meist ein Vergleich zwischen aktueller Fahrgeschwindigkeit und einer Grenzgeschwindigkeit der mobilen Maschine als Entscheidungskriterium. Eine derartige geschwindigkeitsabhängige Steuerung der Fahrbereiche kann aus Figur 2 herausgelesen werden. Dabei sind die Hydropumpe und die beiden Hydromotoren variabel ausgeführt, und es ist gezeigt, wie sich deren Schwenkwinkel in den beiden Fahrbereichen verhalten können.
  • Außerdem sind Lösungen bekannt, die zusätzlich eine Abhängigkeit von einem Fahrpedal implementieren. Bei starker Betätigung des Fahrpedals wird dann erst bei höheren Fahrgeschwindigkeiten in den zweiten Fahrbereich geschaltet.
  • Außerdem ist eine Strategie bekannt, bei welcher über die Fahrgeschwindigkeit und die Fahrpedalstellung hinausgehend auch die Drehzahl des die Hydropumpe antreibenden Verbrennungsmotors bei der Wahl des Fahrbereichs berücksichtigt wird.
  • Die Fragestellung, wann vom ersten in den zweiten Fahrbereich und wann wieder zurückgeschaltet werden sollte, ist Ansatzpunkt dieser Erfindung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, als Teil einer momentenbasierten Steuerung eines Fahrantriebs mit zwei-Hydromotoren und einem Summierungsgetriebe den optimalen Fahrbereich auszuwählen, damit anschließend in diesem verblieben werden oder in diesen geschaltet werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Fahrantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Der beanspruchte Fahrantrieb hat eine Hydropumpe, von der ein erster Hydromotor und ein dazu parallel geschalteter zweiter Hydromotor versorgbar sind. Der erste Hydromotor ist über eine erste Kupplung an eine Abtriebswelle eines Summierungsgetriebes koppelbar, während der zweite Hydromotor an die Abtriebswelle koppelbar oder dauerhaft gekoppelt ist. Ein Steuergerät ist zur Durchführung einer Steuerung des Moments der Abtriebswelle ausgelegt. Der Fahrantrieb ist über das Steuergerät mittels der ersten Kupplung zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrbereich oder Betriebszustand umschaltbar. Erfindungsgemäß ist der Fahrantrieb über das Steuergerät in Abhängigkeit eines vom Steuergerät ermittelten bzw. berechneten Wirkungsgrades des Fahrantriebs zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrbereich umschaltbar.
  • Unter dem optimalen Fahrbereich wird erfindungsgemäß derjenige Fahrbereich verstanden, in dem die Leistungsverluste der Hydropumpe und der beiden Hydromotoren am geringsten sind, und damit der Wirkungsgrad des Fahrantriebs am höchsten ist.
  • Vorteile:
    • Die volumetrischen und hydraulisch-mechanischen Verluste des Fahrantriebs sind zu jedem Zeitpunkt so gering wie möglich.
    • Es steht mehr Leistung eines antreibenden Motors für Arbeitsaufgaben der mobilen Maschine zur Verfügung.
  • Wenn der antreibende Motor ein Verbrennungsmotor ist, wird weiterhin Kraftstoff eingespart und es werden Emissionen reduziert.
  • Es wird besonders bevorzugt, wenn bei der Ermittlung des Wirkungsgrades mathematische Beschreibungen für Volumenstrom- und Momentenverluste an der Hydropumpe und an den beiden Hydromotoren in Abhängigkeit von zumindest einem jeweiligen Betriebsparameter berücksichtigt werden. Die mathematischen Beschreibungen sind in dem Steuergerät abgelegt.
  • Die Ermittlung des Wirkungsgrades kann mittels eines Kennfeldes erfolgen, das in dem Steuergerät abgelegt ist.
  • Die Wirkungsgradoptimierung des erfindungsgemäßen Fahrantriebs ist weiter verbessert, wenn der berechnete Wirkungsgrad von einer Drehzahl der Abtriebswelle und damit von einer Fahrgeschwindigkeit einer betroffenen mobilen Maschine abhängt
  • Die Wirkungsgradoptimierung des erfindungsgemäßen Fahrantriebs ist weiter verbessert, wenn der berechnete Wirkungsgrad von einer Drehzahl der Hydropumpe und damit von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängt.
  • Wenn die Hydropumpe und/oder die beiden Hydromotoren verstellbar sind, lässt sich die Wirkungsgradoptimierung des erfindungsgemäßen Fahrantriebs weiter verbessern, wenn der berechnete Wirkungsgrad von einem jeweiligen Schwenkwinkel der Hydropumpe und/oder der beiden Hydromotoren abhängt.
  • Die Wirkungsgradoptimierung des erfindungsgemäßen Fahrantriebs ist weiter verbessert, wenn der berechnete Wirkungsgrad von einem Eingangssignal eines Eingangsanschlusses des Steuergerätes abhängt, an den ein Bedienelement, insbesondere ein Fahrpedal der mobilen Maschine, anschließbar oder angeschlossen ist.
  • Vorzugsweise hat der erfindungsgemäße Fahrantrieb einen geschlossenen hydrostatischen Kreis, wobei das Steuergerät zur Durchführung einer Drucksteuerung ausgelegt ist.
  • Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrantriebs handelt es sich um ein so genanntes 2+1-Getriebe, bei dem der zweite Hydromotor permanent an die Abtriebswelle gekoppelt ist.
  • Vorzugsweise wird durch Schließen der Kupplung der erste Fahrbereich und durch Öffnen der Kupplung der zweite Fahrbereich geschaltet.
  • Vorzugsweise werden für die beiden Fahrbereiche permanent die jeweiligen Wirkungsgrade berechnet und die Kupplung über das Steuergerät so geschaltet, dass stets der optimale Fahrbereich geschaltet, also aktiviert ist.
  • Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrantriebs handelt es sich um ein so genanntes 3+2-Getriebe, bei dem auch der zweite Hydromotor über eine zweite Kupplung an die Abtriebswelle koppelbar ist. Der erste Hydromotor ist über eine dritte Kupplung alternativ zur ersten Kupplung an die Abtriebswelle koppelbar. Damit ergibt sich mindestens ein dritter Fahrbereich oder Betriebszustand. Erfindungsgemäß ist der Fahrantrieb über das Steuergerät in Abhängigkeit des berechneten Wirkungsgrades zwischen den mindestens drei Fahrbereichen umschaltbar.
  • Vorzugsweise wird durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplung der erste Fahrbereich und durch Öffnen der ersten Kupplung der zweite Fahrbereich und durch Öffnen auch der zweiten Kupplung bei gleichzeitigem Schließen der dritten Kupplung der dritte Fahrbereich geschaltet.
  • Vorzugsweise werden für alle drei Fahrbereiche permanent die jeweiligen Wirkungsgrade berechnet und die drei Kupplungen über das Steuergerät so geschaltet, dass stets der optimale Fahrbereich geschaltet, also aktiviert ist.
  • Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs sind in den Figuren dargestellt.
  • Es zeigen
    • Figur 1 ein Schaltbild eines aus dem Stand der Technik per se bekannten und für die erfindungsgemäße Steuerungsstrategie genutzten Fahrantriebs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • Figur 2 ein Schaltdiagramm für den Fahrantrieb aus Figur 1 mit einem erfindungsgemäß wirkungsgradabhängigen Wechsel des Fahrbereiches, der sich bei der halben Maximalgeschwindigkeit der mobilen Maschine ergibt,
    • Figur 3 ein Schaltdiagramm für den Fahrantrieb aus Figur 1, bei dem erfindungsgemäß ein wirkungsgradabhängiger Wechsel zwischen den beiden Fahrbereichen erfolgt,
    • Figur 4 ein Blockdiagramm für den Fahrantrieb aus Figur 1, bei dem erfindungsgemäß ein wirkungsgradabhängiger Wechsel zwischen den beiden Fahrbereichen erfolgt,
    • Figur 5 ein Schaltbild eines für die erfindungsgemäße Steuerungsstrategie genutzten Fahrantriebs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
    • Figur 6 ein Schaltdiagramm für den Fahrantrieb aus Figur 5, bei dem erfindungsgemäß ein wirkungsgradabhängiger Wechsel zwischen den drei Fahrbereichen erfolgt.
    • Figur 1 zeigt ein Schaltbild eines Fahrantriebs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dieser hat ein Steuergerät 6, in dem die erfindungsgemäße Steuerungsstrategie abgelegt ist, und von dem die erfindungsgemäß wirkungsgradabhängige Steuerung des Fahrantriebs realisierbar ist.
  • Der Fahrantrieb hat eine verstellbare Hydropumpe Pmp, die von einem Verbrennungsmotor Die, z.B. von einem Dieselmotor, angetrieben wird. Die Hydropumpe Pmp versorgt zwei zueinander parallel geschaltete Hydromotoren Mot1, Mot2. Der erste Hydromotor Mot1 ist über eine erste Kupplung C1 und über ein Summierungsgetriebe 1 an eine Abtriebswelle 2 des Summierungsgetriebes 1 gekoppelt. Der zweite Hydromotor Mot2 ist permanent über das Summierungsgetriebe 1 an die Abtriebswelle 2 des Summierungsgetriebes 1 gekoppelt. Die Abtriebswelle 2 treibt zwei Räder 4 einer (nicht näher gezeigten) mobilen Maschine an.
  • Über das Steuergerät 6 werden unter anderem die Schwenkwinkel α der Hydropumpe Pmp und der beiden Hydromotoren Mot1, Mot2 eingestellt und die Kupplung C1 betätigt.
  • Figur 2 zeigt ein Schaltdiagramm für den Fahrantrieb aus Figur 1, wobei sich aus dem Schaltdiagramm ein geschwindigkeitsabhängiger Wechsel zwischen der beiden Fahrbereiche gemäß dem Stand der Technik herauslesen ließe. Genauer gesagt zeigt das Schaltdiagramm aber einen wirkungsgradabhängigen Wechsel zwischen den beiden Fahrbereichen gemäß der Erfindung, der sich beim gezeigten ersten Ausführungsbeispiel bei der halben Maximalgeschwindigkeit der mobilen Maschine v ergibt.
  • Figur 2 zeigt weiterhin exemplarisch für den Fahrantrieb, in dem die Hydropumpe Pmp und die beide Hydromotoren Mot1, Mot2 variabel ausgeführt sind, wie sich deren Schwenkwinkel α in den beiden verschiedenen Fahrbereichen Rng1, Rng2 verhalten. Dazu sind die Schwenkwinkel α über der Geschwindigkeit der mobilen Maschine v gezeigt. Der technisch problemlos mögliche Einsatzbereich beider Fahrbereiche Rng1, Rng2 ist groß.
  • Grundlage für die Schaltstrategie gemäß der Erfindung ist das Vorhandensein mathematischer Beschreibungen für die Volumenstrom- und die Momentenverluste an der Hydropumpe Pmp und der beiden Hydromotoren Mot1, Mot2 in Abhängigkeit von Betriebsparametern. Betriebsparameter sind z.B. die drei Drehzahlen n, die drei Druckdifferenzen Δp oder die drei Verdrängungsvolumina V bzw. die drei Schwenkwinkel α.
  • Für den bei diesem Ausführungsbeispiel betrachteten Radlader liegen die Beschreibungen als Gleichungen in folgender Form vor: Q Ver = f n , Δ p
    Figure imgb0001
     M Ver = f n , V , Δ p
    Figure imgb0002
  • Die Gleichungen sind mathematische Näherungen an, in Versuchen gemessene, Verläufe, jeweils für Hydropumpe Pmp und der beiden Hydromotoren Mot1, Mot2. Die gesamte Verlustleistung ergibt sich nach den folgenden Gleichungen: P Ver , Verdraenger i = Q Ver ∗ Δ p + M Ver ∗ n ∗ 2 π
    Figure imgb0003
     P Ver , ges = P Ver , Pmp + P Ver , Mot 1 + P Ver , Mot 2
    Figure imgb0004
  • Kombiniert man Gleichungen 5.1, 5.2 und 5.4 ergibt sich: P Ver , ges = f n Pmp , n Mot 1 , n Mot 2 , V Pmp , V Mot 1 , V Mot 2 , Δ p
    Figure imgb0005
  • In der auf der mobilen Maschine eingesetzten momentenbasierten Steuerung errechnen das Steuergerät 6 die Verdrängungsvolumina V allein aus dem aktuellen Verhältnis zwischen Hydropumpen- und Hydromotordrehzahl n sowie dem Fahrbereich Rng1, Rng 2. In folgenden Gleichungen ist dies für den Fahrantrieb mit zwei variablen Hydromotoren Mot1, Mot2 aus Figur 1 zu sehen: V Mot 1 = V Mot 1 , max ∗ 2 − Rng ∗ V Pmp , max ∗ n Pmp V Mot 1 , max ∗ i 1 l 2 + V Mot 2 ∗ n Mot 2
    Figure imgb0006
     V Mot 2 = V Mot 2 , max ∗ 2 − Rng ∗ V Pmp , max ∗ n Pmp V Mot 1 , max ∗ i 1 l 2 + V Mot 2 ∗ n Mot 2 + Rng − 1 ∗ V Pmp , max ∗ n Pmp n Mot 2
    Figure imgb0007
  • Die Schluckvolumina V für die Hydromotoren Mot1, Mot2 werden auf den maximalen Wert begrenzt und anschließend kann das Fördervolumen V der Hydropumpe Pmp berechnet werden: V Pmp = V Mot 1 ∗ i 1 l 2 + V Mot 2 ∗ n Mot 2 n Pmp
    Figure imgb0008
  • Aus der Gleichung 5.5 bis 5.8 folgt: P Ver , ges = f n Pmp , n Mot 1 , n Mot 2 , Δ p , Rng
    Figure imgb0009
  • Zwischen den Hydromotoren Mot1, Mot2 und den Rädern 4 herrschen nur feste Übersetzungsverhältnisse (n Mot1 ∼ n Mot2 ∼ v) genau wie zwischen der Hydropumpe Pmp und dem Verbrennungsmotor Die (nPmp - nDie ). Der Druck p stellt sich in Abhängigkeit des gewünschten Moments M ein, welches wiederum anhand der Fahrpedalstellung und der Fahrgeschwindigkeit v der mobilen Maschine über ein Kennfeld definiert wird. Damit folgt schlussendlich der Zusammenhang in Gleichung 5.10: P Ver , ges = f n Die v Fahrpedal Rng
    Figure imgb0010
  • Mit der Annahme, dass die ersten drei Parameter aus Sicht der Steuerung des Fahrantriebs Betriebsbedingungen sind und damit zu jedem Zeitpunkt feststehen, ergibt sich aus dem Wunsch nach geringer Verlustleistung ein Optimierungsproblem mit dem Fahrbereich Rng1, Rng2 als variablem Parameter. Die Lösung des Problems ist der optimale Fahrbereich Rng1 oder Rng2.
  • Figur 3 zeigt ein Schaltdiagramm für den Fahrantrieb aus Figur 1, bei dem erfindungsgemäß die wirkungsgradabhängige Auswahl eines der beiden Fahrbereiche Rng1 oder Rng2 erfolgt.
  • Entlang der waagerechten Achse sind der erste Fahrbereich Rng1 und der zweite Fahrbereich Rng2 und dazwischen ein Übergangsbereich 8 dargestellt bzw. aufgetragen. Entlang der (in Figur 3 linken) senkrechten Achse sind die Zugkraft FN/FN max und weiterhin der Zustand der ersten Kupplung C1 dargestellt bzw. aufgetragen. Auf der (in Figur 3 rechten) senkrechten Achse sind die Verdrängungsvolumina bzw. Hubvolumina der Hydropumpe Pmp und der beiden Hydromotoren VMot1, VMot2 aufgetragen.
  • Bezüglich des Hubvolumens bzw. Fördervolumens der Pumpe VPmp ist zu erkennen, dass dieses ausgehend vom Stillstand der mobilen Maschine zunächst bis zu seinem Maximum ansteigt und dann im ersten Fahrbereich Rng1 maximal eingestellt bleibt. Im Übergangsbereich 8 wird dieses Fördervolumen VPmp reduziert, um dann im schnelleren zweiten Fahrbereich Rng2 erneut kontinuierlich erhöht zu werden.
  • Die beiden Schluckvolumina der beiden Motoren VMot1, VMot2 sind im ersten Fahrbereich Rng1 zunächst maximal eingestellt, wobei dann später im ersten Fahrbereich Rng1 das Schluckvolumen des ersten Motors VMot1 reduziert wird. Im Übergangsbereich 8 wird die erste Kupplung C1 geöffnet, so dass der erste Motor Mot1 deaktiviert wird. Dabei bleibt das Schluckvolumen des zweiten Motors VMot2 im Übergangsbereich 8 und auch im gesamten zweiten Fahrbereich Rng2 maximal eingestellt.
  • Figur 4 verbildlicht die Ermittlung der Rechengrößen. Mithilfe der aktuellen Betriebsbedingungen werden die Größen zur Verlust- bzw. Wirkungsgradberechnung ermittelt und die auftretenden bzw. potentiell auftretenden Verluste verglichen, mit dem Ziel, den verlustärmeren bzw. wirkungsgradoptimierten Fahrbereich Rng1 oder Rng2 auszugeben.
  • Die Erfindung kann auf allen mobilen Maschinen, die einen derartigen Fahrantrieb mit zwei Hydromotoren Mot1, Mot2 und ein Summierungsgetriebe 1 verbaut haben und dieses über das Steuergerät 6 momentenbasiert ansteuern, eingesetzt werden. Für den Einsatz besteht lediglich die Anforderung, dass eine ausreichend genaue mathematische Beschreibung der Verluste an der eingesetzten Hydropumpe Pmp und den eingesetzten Hydromotoren Mot1, Mot2 bekannt ist.
  • Außerdem lässt sich das Prinzip der Erfindung auch auf andere Getriebetypen mit mehreren diskreten Zuständen übertragen. So kann insbesondere auch bei einem 2+3 Getriebe eine Ermittlung des optimalen Fahrbereichs erfindungsgemäß erfolgen.
  • In den Figuren 5 und 6 ist ein derartiges 2+3-Getriebe als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei hat der Fahrantrieb ergänzend zu dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel auch für den zweiten Motor Mot2 eine Kupplung C2 und weiterhin für den ersten Motor Mot1 eine weitere Kupplung C3, die alternativ zur ersten Kupplung C1 geschlossen werden kann. Das Steuergerät ist entsprechend auch mit den beiden zusätzlichen Kupplungen C2 und C3 elektrisch verbunden, um diese zu steuern.
  • Der erste Hydromotor 1 ist also entweder über die erste Kupplung C1 und eine Zahnradstufe mit der Abtriebswelle 2 oder alternativ über die dritte Kupplung C3 und über eine andere Zahnradstufe mit der Abtriebswelle 2 des Summierungsgetriebes 1 drehfest verbunden. Damit ergeben sich die in Figur 6 dargestellten zumindest drei Fahrbereiche Rng1, Rng2 und Rng3.
  • Im ersten Fahrbereich Rng1 sind die beiden Kupplungen C1 und C2 geschlossen, so dass beide Hydromotoren Mot1, Mot2 ihre Leistung an die Abtriebswelle 2 abgeben. Zur Erhöhung der Drehzahl der Abtriebswelle 2 werden im ersten Fahrbereich Rng1 beide Hydromotoren Mot1, Mot2 in ihrem jeweiligen Schluckvolumen VMot1, VMot2 reduziert.
  • Im zweiten Fahrbereich Rng2 ist dann die Kupplung C1 offen, so dass nur der zweite Hydromotor Mot2 über seine geschlossene Kupplung C2 Leistung an die Abtriebswelle 2 abgibt. Dabei wird für eine zunehmende Fahrgeschwindigkeit v der mobilen Maschine das Schluckvolumen VMot2 stetig reduziert.
  • Im schnellsten dritten Fahrbereich Rng3 wird auch die zweite Kupplung C2 geöffnet, so dass der zweite Hydromotor Mot2 abgekoppelt ist. Stattdessen wird der erste Hydromotor Mot1 über die dritte Kupplung C3 und die entsprechende alternative Zahnradstufe mit der Abtriebswelle 2 verbunden, so dass nur der erste Hydromotor Mot1 seine Leistung an die Abtriebswelle abgibt. Dabei wird schließlich zur Erreichung der höchsten Geschwindigkeit v der mobilen Maschine das Schluckvolumen VMot1 reduziert.
  • Die hier beschriebene Erfindung umfasst eine Schaltstrategie für einen Fahrantrieb mit zwei Hydromotoren und einem Summierungsgetriebe (ZMSG). Der Wechsel zwischen den zumindest zwei möglichen Fahrbereichen bzw. Betriebszuständen erfolgt bei dieser Strategie, sobald der andere Fahrbereich oder einer der anderen Fahrbereiche einen besseren Wirkungsgrad in der Leistungsübertragung als der aktuelle Fahrbereich verspricht. Die Strategie kommt im Zusammenhang mit einer momentenbasierten Steuerung des Fahrantriebs zum Einsatz. Zur Ermittlung des Wirkungsgrads bzw. der Verlustleistungen in den verschiedenen Fahrbereichen werden vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt die Größen Fahrgeschwindigkeit, Fahrpedalstellung und Eingangsdrehzahl der Hydropumpe bzw. des Verbrennungsmotors genutzt.

Claims (9)

  1. Fahrantrieb mit einer Hydropumpe (Pmp), von der ein erster Hydromotor (Mot1) und ein dazu parallel geschalteter zweiter Hydromotor (Mot2) versorgbar sind, wobei der erste Hydromotor (Mot1) über eine erste Kupplung (C1) an eine Abtriebswelle (2) eines Summierungsgetriebes (1) koppelbar ist, und wobei der zweite Hydromotor (Mot2) an die Abtriebswelle (2) koppelbar oder (dauerhaft) gekoppelt ist, wobei ein Steuergerät (6) zur Durchführung einer momentenbasierten Steuerung ausgelegt ist, wobei der Fahrantrieb über das Steuergerät (6) mittels der ersten Kupplung (C1) zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrbereich (Rng1, Rng2) umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrantrieb über das Steuergerät (6) in Abhängigkeit eines vom Steuergerät (6) ermittelten Wirkungsgrades des Fahrantriebs umschaltbar ist.
  2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, wobei bei der Ermittlung des Wirkungsgrades mathematische Beschreibungen für Volumenstrom- und Momentenverluste an der Hydropumpe (Pmp) und an den beiden Hydromotoren (Mot1, Mot2) in Abhängigkeit von zumindest einem jeweiligen Betriebsparameter berücksichtigt werden, wobei die mathematischen Beschreibungen in dem Steuergerät (6) abgelegt sind.
  3. Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung des Wirkungsgrades mittels eines Kennfeldes erfolgt, das in dem Steuergerät (6) abgelegt ist.
  4. Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wirkungsgrad von einer Drehzahl der Abtriebswelle (2) und/oder einer Drehzahl der Hydropumpe (Pmp) abhängt.
  5. Fahrantrieb nach Anspruch 4, wobei die Hydropumpe (Pmp) und/oder die beiden Hydromotoren (Mot1, Mot2) verstellbar sind, und wobei der Wirkungsgrad von einem Schwenkwinkel (a) der Hydropumpe (Pmp) und/oder der beiden Hydromotoren (Mot1, Mot2) abhängt.
  6. Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wirkungsgrad von einem Eingangsanschluss des Steuergerätes (6) abhängt, an das ein Bedienelement einer mobilen Maschine anschließbar oder angeschlossen ist.
  7. Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem geschlossenen hydrostatischen Kreis, wobei das Steuergerät (6) zur Durchführung einer Drucksteuerung ausgelegt ist.
  8. Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Hydromotor (Mot2) permanent an die Abtriebswelle (2) gekoppelt ist.
  9. Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Hydromotor (Mot2) über eine zweite Kupplung (C2) an die Abtriebswelle (2) koppelbar ist, und wobei der erste Hydromotor (Mot1) über eine dritte Kupplung (C3) an die Abtriebswelle (2) koppelbar ist, wodurch sich ein dritter Fahrbereich (Rng3) ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrantrieb über das Steuergerät (6) in Abhängigkeit des Wirkungsgrades zwischen den drei Fahrbereichen (Rng 1, Rng2, Rng3) umschaltbar ist.
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